專(zhuān)利名稱(chēng)：慣性力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及各種電子設(shè)備中使用的檢測(cè)慣性力的慣性力傳感器，其用于航空器、 汽車(chē)、機(jī)器人、船舶、車(chē)輛等移動(dòng)物體的姿態(tài)控制或?qū)Ш降取?br> 背景技術(shù)：
以下，一面參照附圖一面說(shuō)明現(xiàn)有的慣性力傳感器。圖8是用于現(xiàn)有的慣性力傳感器的振蕩器(oscillator)的立體圖。在圖8中，現(xiàn)有的慣性力傳感器是壓電振動(dòng)式慣性力傳感器，具有振蕩器I及基于該振蕩器I檢測(cè)慣性力的電路。該振蕩器I具有相互相對(duì)的兩個(gè)音叉臂2、3，以及連接這兩個(gè)音叉臂2、3的基部 4。為了方便說(shuō)明，圖8中表示相互正交的X軸、Y軸、Z軸。音叉臂2、3設(shè)計(jì)為在X軸方向上振動(dòng)。為了產(chǎn)生X軸方向上的理想振動(dòng)，優(yōu)選使各音叉臂2、3的剖面形狀相對(duì)于X軸、Z 軸為精確對(duì)稱(chēng)的長(zhǎng)方形。然而，在振蕩器I的制造中，由于會(huì)產(chǎn)生加工偏差，因此很難將臂加工為精確的長(zhǎng)方形。因此，當(dāng)施加振動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)X軸方向上的主振動(dòng)疊加多余的信號(hào)。因此，在振蕩器I加工之后，對(duì)兩個(gè)音叉臂2、3的每一個(gè)照射激光，將振蕩器I的一部分熔融去除，形成微調(diào)部8。這樣，通過(guò)調(diào)整音叉臂2、3的質(zhì)量平衡，可使之在X軸方向上適當(dāng)振動(dòng)。此時(shí)，微調(diào)部形成在易于熔融去除的棱部7上。另外，作為與該申請(qǐng)案的發(fā)明相關(guān)的在先技術(shù)文獻(xiàn)信息，例如，已知有專(zhuān)利文獻(xiàn)I。然而，在現(xiàn)有的方法中有這樣的問(wèn)題， 即有可能在音叉臂2、3的微調(diào)部8附近形成因加工熱量引起的加工變質(zhì)層，因此有母材的強(qiáng)度降低、音叉臂2、3損壞或者產(chǎn)生多余振動(dòng)的可能。專(zhuān)利文獻(xiàn)I :日本專(zhuān)利特開(kāi)2004-93158號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提供一種慣性力傳感器，其通過(guò)在臂的棱部以外的部分上形成微調(diào)部的結(jié)構(gòu)，而使因微調(diào)引起的音叉臂的損壞難以發(fā)生。本發(fā)明的慣性力傳感器具備振蕩器，所述振蕩器由非壓電材料構(gòu)成，具有多個(gè)臂、 以及連結(jié)所述臂的基部，所述臂的離開(kāi)所述臂的棱部的平面部上的部位形成有微調(diào)部，在所述臂的其中一個(gè)面上形成電極，在所述臂的另一面的從寬度的5%至95%之間的部分上形成所述微調(diào)部，所述微調(diào)部形成在所述多個(gè)臂中的相同位置。


圖I是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中的慣性力傳感器所使用的振蕩器的立體圖。圖2是上述振蕩器的臂在A-A線上的剖面圖。圖3是表示臂寬度及臂強(qiáng)度相對(duì)于微調(diào)部的形成位置的關(guān)系的特性圖。
圖4是表示微調(diào)部的形成位置和多余振動(dòng)量的關(guān)系的特性圖。
圖5是在臂寬度的中心形成有微調(diào)部的振蕩器的主視圖。
圖6A是偏離臂寬度的中心形成有微調(diào)部的振蕩器的主視圖。
圖6B是偏離臂寬度的中心形成有微調(diào)部的振蕩器的主視圖。
圖7是表示微調(diào)部的形成位置和多余振動(dòng)量的關(guān)系的特性圖。
圖8是用于現(xiàn)有慣性力傳感器的振蕩器的立體圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明
10振蕩器
12音叉臂
13音叉臂
14基部
15電極
16電極面
17微調(diào)部
18微調(diào)面
19棱部
具體實(shí)施例方式以下，一面參照附圖一面來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的慣性力傳感器。另外，以下說(shuō)明中所使用的各附圖中的相同的構(gòu)成要素用相同標(biāo)記來(lái)表示。圖I是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中的慣性力傳感器所使用的振蕩器的立體圖。圖2 是上述振蕩器的臂的在A-A線上的剖面圖。在圖I、圖2中，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中的慣性力傳感器具備檢測(cè)慣性力的音叉型振蕩器10及處理電路(未圖示)。振蕩器10具有兩個(gè)音叉臂12、13、以及連結(jié)這些音叉臂12、13的基部14。音叉臂12、13的其中一個(gè)面是形成有電極15的電極面16，而其背側(cè)的另一個(gè)面是形成有微調(diào)部17的微調(diào)面18。振蕩器10的材質(zhì)為硅(Si)。臂12、13上的電極15，在由鋯鈦酸鉛(PZT)構(gòu)成的壓電薄膜的上下面設(shè)有Au/Ti、Pt/Ti等。當(dāng)對(duì)兩個(gè)電極15提供分別相互反相的交流信號(hào)時(shí)，振蕩器10在音叉臂12、13的寬度方向(圖I所示的X軸方向)上驅(qū)動(dòng)振動(dòng)。此時(shí)，如果音叉臂12、13的剖面形狀與X軸對(duì)稱(chēng)且與Z軸對(duì)稱(chēng)，那么音叉臂12、13在X軸方向上驅(qū)動(dòng)振動(dòng)而不會(huì)在Z軸方向上產(chǎn)生撓曲，而如果對(duì)稱(chēng)性受到破壞，那么音叉臂12、13伴隨著在X軸方向上的驅(qū)動(dòng)振動(dòng)，也在Z軸方向上產(chǎn)生撓曲(多余振動(dòng))。如果振蕩器10在Z軸方向上撓曲，雖然角速度檢測(cè)電極(未圖示)中會(huì)產(chǎn)生電荷 (多余信號(hào))，但是該多余信號(hào)如果與在檢測(cè)用角速度被輸入的情況下所產(chǎn)生的電荷的相位偏差90°，那么可以通過(guò)在處理電路中進(jìn)行同步檢波處理而加以消除。然而，如果同步檢波時(shí)的基準(zhǔn)信號(hào)與多余信號(hào)的相位產(chǎn)生少量偏移，則會(huì)被錯(cuò)誤地作為角速度信號(hào)輸出。因此，作為振蕩器10，雖然不希望產(chǎn)生多余信號(hào)，但如在背景技術(shù)的說(shuō)明中所述，要將音叉臂 12、13的剖面形狀加工成與X軸方向、Z軸方向精確地對(duì)稱(chēng)是非常困難的。因此，在振蕩器10的形狀形成后，為使多余信號(hào)成為最小，必須通過(guò)對(duì)音叉臂12、13進(jìn)行機(jī)械性微調(diào)，由此
確保質(zhì)量平衡，且使音叉驅(qū)動(dòng)信號(hào)穩(wěn)定。當(dāng)進(jìn)行微調(diào)時(shí)，雖然最有效的部位是音叉臂12、13的根部(基部14附近)的棱部 19，但如果對(duì)棱部進(jìn)行加工，則音叉臂12、13的強(qiáng)度下降。圖3是表示臂寬度及臂強(qiáng)度相對(duì)于微調(diào)部形成位置的關(guān)系的特性圖。在圖3中，對(duì)棱部進(jìn)行微調(diào)后的臂強(qiáng)度由距棱部距離相對(duì)臂的寬度為0%的位置點(diǎn)來(lái)表示?？梢哉J(rèn)為是在微調(diào)部17附近產(chǎn)生因微調(diào)的加工熱引起的加工變質(zhì)層，從而導(dǎo)致母材的強(qiáng)度下降。在此，當(dāng)使進(jìn)行微調(diào)的位置為離開(kāi)棱部的平面部上的部位時(shí)，如圖3上的點(diǎn)所示， 隨著微調(diào)位置逐漸離開(kāi)音叉臂的棱部，強(qiáng)度逐漸增加。強(qiáng)度單調(diào)增加，直至微調(diào)位置距棱部的距離相對(duì)臂寬度為5%左右為止。當(dāng)微調(diào)位置距棱部的距離相對(duì)臂寬度大于5%時(shí)，強(qiáng)度變?yōu)榇笾鹿潭ǖ闹?。該固定值和未形成微調(diào)部17時(shí)的強(qiáng)度大致相等。S卩，如果以距棱部19 的距離為5%以上、即相對(duì)于另一端為95%以下的間隔形成微調(diào)部17，那么驅(qū)動(dòng)振動(dòng)方向的音叉臂12、13可以幾乎沒(méi)有強(qiáng)度損失地進(jìn)行微調(diào)。圖4及圖7是表示微調(diào)部的形成位置和多余振動(dòng)量的關(guān)系的特性圖。如圖4所示， 在使音叉臂12、13長(zhǎng)度方向的微調(diào)長(zhǎng)度和寬度方向的微調(diào)長(zhǎng)度為固定的情況下,相對(duì)于寬度方向的微調(diào)部17的形成位置和多余信號(hào)變化量之間存在線性相關(guān)性。在圖4中，當(dāng)微調(diào)部距棱部的距離相對(duì)音叉臂12、13的臂寬度為50%時(shí)，即為平面部中央時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生多余振動(dòng)。圖5是在臂寬度的中心的平面部上形成有微調(diào)部的振蕩器的主視圖。圖5的位置的微調(diào)不會(huì)產(chǎn)生多余振動(dòng)。圖6A、圖6B是偏離臂寬度的中心形成有微調(diào)部的振蕩器的主視圖。這樣，當(dāng)微調(diào)部17的形成位置從音叉臂12、13的平面部的臂寬度的中心向棱部偏移時(shí)，根據(jù)該偏移量， 如圖7所示，多余振動(dòng)的振動(dòng)量將線性變化。也就是說(shuō)，根據(jù)存在線性相關(guān)性的多余信號(hào)的變化量，以音叉臂12、13的臂寬度的中心為基準(zhǔn)來(lái)決定微調(diào)部17的形成位置，由此，可確保質(zhì)量平衡，抑制多余信號(hào)的產(chǎn)生。因此，可根據(jù)多余信號(hào)的大小，在音叉臂12、13的寬度方向上調(diào)整微調(diào)部17的形成位置，由此可以容易地消除多余信號(hào)。而且，作為實(shí)施微調(diào)的加工面，可使用音叉臂12、13的未形成電極15的背側(cè)的另一面。原因在于，當(dāng)對(duì)形成有電極15的電極面16進(jìn)行加工時(shí),加工位置會(huì)受到電極15的形成圖案的制約，所以不能對(duì)任意位置進(jìn)行加工，或者由于激光熱量的影響，構(gòu)成電極15的 PZT特性可能產(chǎn)生變化。進(jìn)而，微調(diào)時(shí)使用激光是因?yàn)榧庸ぞ雀?，且可減少由通過(guò)加工被熔融去除的渣屑。具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)使用355nm的波長(zhǎng)，可抑制因激光照射產(chǎn)生的熔融渣屑。當(dāng)然，可通過(guò)使波長(zhǎng)更短而進(jìn)一步減少熔融渣屑。并且，波長(zhǎng)越短，加工越精密。然而，波長(zhǎng)越短裝置的價(jià)格越高，從而增加成本。如果考慮到裝置成本及穩(wěn)定性，那么就目前而言?xún)?yōu)選355nm的波長(zhǎng)。而且，形成微調(diào)部17的位置，理想的是在音叉臂12、13的相同部位上進(jìn)行。兩個(gè)音叉臂12、13中，雖然也可以?xún)H對(duì)其中一個(gè)進(jìn)行微調(diào)，以減少音叉多余信號(hào)，但如果進(jìn)行這種加工，在微調(diào)量(質(zhì)量變化)大的情況下，音叉左右臂的質(zhì)量會(huì)變得不平衡，即使作為初始特性可以減少音叉多余信號(hào)，但考慮到溫度特性，輸出變動(dòng)仍有增大的可能性。因此，理想的是在所有臂上均等地進(jìn)行微調(diào)。
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另外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，雖然說(shuō)明了對(duì)振蕩器10個(gè)別地進(jìn)行微調(diào)的方式，但也可以在晶片狀態(tài)下對(duì)各個(gè)振蕩器10的多余信號(hào)電平進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)該多余信號(hào)電平來(lái)決定微調(diào)部17的位置，并在晶片狀態(tài)下利用激光進(jìn)行微調(diào)。通過(guò)在晶片狀態(tài)下進(jìn)行微調(diào)，可容易地進(jìn)行微調(diào)后的清洗，因此，可容易地將微調(diào)時(shí)所產(chǎn)生的加工渣屑去除。而且，在作為傳感器在組裝了振蕩器、IC之后進(jìn)行微調(diào)的情況下，雖然由微調(diào)產(chǎn)生的加工渣屑有可能會(huì)進(jìn)入到封裝內(nèi)，但是如果是在晶片狀態(tài)下進(jìn)行微調(diào)，則不會(huì)產(chǎn)生那樣的缺陷。而且，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，舉例說(shuō)明了考慮到硅(Si)的機(jī)械強(qiáng)度較大且容易利用半導(dǎo)體處理技術(shù)進(jìn)行高精度加工，而在振蕩器10的構(gòu)造體中使用硅(Si)，但如果是非壓電材料，也可使用例如，表面經(jīng)氧化的Si、金剛石、熔融石英、氧化鋁、及GaA等。工業(yè)利用可能性本發(fā)明的慣性力傳感器可防止因微調(diào)引起的音叉臂的損壞，可應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，經(jīng)久耐用、精度高。
權(quán)利要求
1.一種慣性力傳感器，其特征在于具備振蕩器，所述振蕩器由非壓電材料構(gòu)成，具有多個(gè)臂、以及連結(jié)所述臂的基部，所述臂的離開(kāi)所述臂的棱部的平面部上的部位形成有微調(diào)部，在所述臂的其中一個(gè)面上形成電極，在所述臂的另一面的從寬度的5%至95%之間的部分上形成所述微調(diào)部，所述微調(diào)部形成在所述多個(gè)臂中的相同位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的慣性力傳感器，其中所有臂的質(zhì)量彼此相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的慣性力傳感器，其中所述非壓電材料是硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的慣性力傳感器，其中所述微調(diào)部通過(guò)激光被加工形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的慣性力傳感器，其中所述激光的波長(zhǎng)為355nm以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的慣性力傳感器，其中所述微調(diào)部平行于所述臂的棱部而形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的慣性力傳感器，其中所述微調(diào)部在所述多個(gè)臂的每一個(gè)中以相同長(zhǎng)度、相同寬度來(lái)形成，形成在以所述多個(gè)臂的每一個(gè)中的寬度的中心為基準(zhǔn)，取得各個(gè)臂的質(zhì)量平衡的位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種慣性力傳感器，其具備具有多個(gè)臂以及連結(jié)所述臂的基部的振蕩器，在所述慣性力傳感器的臂的除棱部以外的部分上形成有微調(diào)部，從而抑制因微調(diào)引起的音叉臂的損壞。
文檔編號(hào)G01C19/5607GK102589538SQ20121000163
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月12日
發(fā)明者大內(nèi)智, 相澤宏幸 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社